СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F02B43/00 F02M21/02 F02M31/02 

Изобретение относится к двигателестроению и силовым установкам, работающим на горючих смесях или газах.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), описанная в патенте СССР N 493073, МПК F 02 M 21/00; 1976, которая содержит реактор для получения из жидкого топлива и кислородсодержащего газа смеси, имеющей окись углерода и метан, снабженный катализатором, теплообменником, связанным с выхлопным трубопроводом двигателя, трубопроводами подачи смеси, жидкого топлива и кислородсодержащего газа, последний из которых имеет регулирующий орган, и отводным трубопроводом, подключенным к впускному трубопроводу двигателя с дроссельной заслонкой. Одной из задач, решаемых данным техническим решением, является снижение токсичности отработавших газов, которая решается тем, что двигатель работает на смеси газов, имеющей окись углерода и метан, что снижает токсичность отработавших газов.

Известна конструкция двигателя внутреннего сгорания по а.с. СССР N 1071790, МПК F 02 B 43/10, 1984, которая содержит термохимический реактор, заполненный катализатором, подогреватель воздуха, топливный бак с топливопроводом, воздухопроводом, подогреватель реактора, сообщенный с системой выпуска отработавших газов, причем реактор снабжен датчиком температуры, содержит водяной и топливный испарители, смеситель паров воды, топлива с воздухом и отработавшими газами двигателя, накопительную емкость для синтез-газа, дожигатель отработавших газов, причем смеситель подключен к входу реактора, накопительная емкость установлена на выходе из реактора и дожигатель отработавших газов подключен своим входом к системе выпуска отработавших газов при помощи ответвления, а своим выходом ориентирован на поверхности испарителей и снабжен дополнительной камерой воспламенения, связанной и топливопроводом и снабженной электрической спиралью накаливания.

Поставленная цель в данном решении - повышение экономичности и снижение токсичности решается вводом в систему выпуска двигателя дополнительного устройства -дожигателя.

Вышеуказанные решения только частично решают проблемы снижения токсичности отработавших газов и экономичности за счет улучшения процесса сгорания, за счет применения топлив, не имеющих токсичных компонентов, например, присадок или отработавшие газы дожигаются с помощью специальных устройств - дожигателей.

Это относится к недостаткам данных решений.

Известно техническое решение по авторскому свидетельству N 1321872, МПК F 02 B 43/10, 1987 под названием "Силовая установка", включающая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и термохимический реактор, выполненный в виде реакционной камеры с подогревателем, сообщенным с выпускным трактом двигателя, водяной испаритель, подключенный с одной стороны при помощи магистрали к реактору, а с другой посредством канала к водяному баку, накопительную емкость для синтез-газа, подключенную к реактору при помощи трубопровода, связанного со смесителем системы питания, и орган управления двигателем, причем реактор снабжен датчиком температуры, канал и трубопровод выполнены с органами их перекрытия, подключенными к органу управления двигателем.

К недостаткам аналога относятся следующие моменты:
1. многокомпонентная загрузка (топливо, уголь, вода),
2. трудоемкость замены угля - вскрытие термохимического реактора, вскрытие реакционной камеры и их герметизация,
3. косвенный нагрев реакционной камеры выхлопными газами,
4. выбросы окислительных газов в атмосферу.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является силовая установка, известная из патента РФ N 2059845, МПК F 02 B 43/10, 1996, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость и термохимический реактор, причем выпускной тракт соединен с рабочей зоной термохимического реактора.

Недостаток известной силовой установки заключается в неполном сгорании топлива, что снижает коэффициент полезного действия силовой установки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является более полное сгорание топлива, снижение расхода топлива, увеличение КПД силовой установки при одновременном достижении экологической чистоты работы заявляемой силовой установки.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого технического решения достигается тем, что силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость, термохимический реактор, выпускной тракт соединен с рабочей зоной термохимического реактора, причем система снабжена гидрореактором, обеспечивающим взаимодействие газа из термохимического реактора с катализатором и превращение газа в жидкое углеродное топливо и соединенным с термохимическим реактором по кольцевой схеме, а также с системой питания двигателя внутреннего сгорания, топливная емкость, в свою очередь, соединена с внешней оболочкой термохимического реактора.

На фиг. 1 изображена силовая установка с двигателем внутреннего сгорания, на фиг. 2 изображена силовая установка с топкой печи.

Силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания 1 с системой питания, включающий карбюратор 2, выпускной тракт 3, соединенный с рабочей зоной 4 термохимического реактора 5. Топливная емкость 6 соединена с внешней оболочкой 7 термохимического реактора 5. Гидрореактор 8 соединен с термохимическим реактором 5 по кольцевой схеме. Тумблер 9 предназначен для включения электроподогрева угля 10 термохимического ректора 5. Канал 11 соединяет рабочую зону 4 термохимического реактора 5 с гидрореактором 8 и через переключатель газового потока 12 с карбюратором 2 ДВС 1. Канал 13 соединяет гидрореактор 8 с внешней оболочкой 7 термохимического реактора 5, в канал 14 - с карбюратором 2.

Силовая установка работает следующим образом.

Для запуска ДВС 1 при отсутствии газа в гидрореакторе 8 тумблером 9 включается нагрев угля 10 в термохимическом реакторе 5, стартером двигателя (на чертеже не показан) продавливается порция воздуха через термохимической реактор 5. Воздух, реагируя с раскаленным углем реактора 5 и парами воды в воздухе, образует газы CO₂ и H₂. Этот газ из рабочей зоны 4 по каналу 11 поступает в карбюратор 2 ДВС 1. При наличии топливного газа в объеме гидрореактора 8 ДВС 1 запускается без электроразогрева угля 10 в термохимическом реакторе 5. При работающем двигателе внутреннего сгорания 1 выхлопные газы CO₂ и H₂ при температуре 800-1100^oC, давлении 1-2 атмосферы поступают из ДВС 1 по выпускному тракту 3 в рабочую зону 4 термохимического реактора 5, нагревают уголь и, вступая с ним в реакцию, восстанавливаются до CO и H - топливных газов. В пусковом режиме переключатель газового потока 12, находящийся в открытом положении, направляет топливный газ по каналу 11 в карбюратор 2 ДВС 1. При прогреве ДВС 1 переключатель газового потока 12 соединяет посредством канала 11 термохимический реактор 5 с карбюратором 2. При прогретом ДВС 1 переключатель 12 соединяет посредством канала 11 термохимический реактор 5 с гидрореактором 8. С прогревом двигателя часть газа уходит из термохимического реактора 5 по каналу 11 в гидрореактор 8, взаимодействуя с катализатором, превращается в углеводородное жидкое топливо C_nH_m и подается по каналу 13 во внешнюю оболочку 7 термохимического реактора 5, где протекает через разогретый угольный слой 10, при этом легкие углеводородные топливные фракции уходят по каналу 11 в ДВС 1, а тяжелые в виде коксового остатка остаются в слое угля 10 термохимического реактора 5, увеличивая его объем (компенсируя расход угля).

Непрореагировавшая часть топливного газа очищенной поступает из гидрореактора 8 по каналу 14 в карбюратор 2 ДВС 1. По мере необходимости из топливной емкости 6 во внешнюю оболочку 7 термохимического реактора 5 подается порция углеводородного топлива.

Затем циклы повторяются.

Аналогичным образом работает силовая установка, показанная на фиг. 2. Здесь камерой сгорания является топка печи, а вместо тяги, создаваемой выхлопными газами, применен центробежный насос-нагнетатель (на черт. показан поз. 15), что не меняет сущности заявленного изобретения. Уменьшение расхода угля или его компенсация зависит от качества каталитических процессов синтеза углеводородов в гидрореакторе 8.

Преимущества заявленного изобретения состоят в следующих моментах:
1. силовая установка имеет замкнутую циклическую систему работы без выброса газа в атмосферу, налицо экономия топлива и улучшение экологии,
2. способ подачи топлива осуществлен не в карбюратор, как во всех известных установках, а во внешнюю оболочку термохимического реактора,
3. система компенсации расходуемого угля в термохимическом реакторе,
4. непосредственный нагрев угля термохимического реактора отработавшими газами,
5. однокомпонентная универсальная топливная загрузка.

Снижается себестоимость получения энергии (тепловой, электрической, движения), так как заявляемую силовую установку можно применять с универсальным топливом - от бензина до древесных опилок при использовании с ныне существующими устройствами сгорания (ДВС, печи металлургические, ТЭЦ и так далее).

Замкнутый цикл позволяет значительно уменьшить потери тепловой энергии как внутри, так и на внешней стороне системы. Увеличивается КПД существующих устройств сжигания. Заявляемая силовая установка становится в основе экологически чистой при переработке углеводородного мусора (пластмассы, резины, ткани, бумаги, кожи, испорченные продукты растительного и животного происхождения, фильтраты фекальных стоков канализаций и др.). Создание жилищных энергетических комплексов на этой основе позволит решать многие проблемы жилищно-коммунального хозяйства - очистка воды активированным углем, нагрев воды и обогрев зданий. Для этого в качестве топлива предлагается использовать бытовые отходы, а значит, решается проблема уборки и утилизации. В металлургии появляется возможность устранения дымовых выбросов и возврата из них металлов.

Силовая установка позволяет использовать в качестве топлива горючие газы. Силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость, термохимический реактор. Силовая установка снабжена гидрореактором, соединенным с термохимическим реактором по кольцевой схеме, а также с системой питания двигателя внутреннего сгорания, выпускной тракт которого соединен с рабочей зоной термохимического реактора, а топливная емкость, в свою очередь, соединена с его внешней оболочкой. Техническим результатом является снижение расхода топлива, увеличение КПД силовой установки при одновременном достижении экологической чистоты работы заявляемой силовой установки. 2 ил.

Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системой питания и выпускным трактом, топливную емкость, термохимический реактор, причем выпускной тракт соединен с рабочей зоной термохимического реактора, отличающаяся тем, что она снабжена гидрореактором, обеспечивающим взаимодействие газа из термохимического реактора с катализатором и превращение газа в жидкое углеводородное топливо и соединенным с термохимическим реактором по кольцевой схеме, а также с системой питания двигателя внутреннего сгорания, причем топливная емкость, в свою очередь, соединена с внешней оболочкой термохимического реактора.